JPH11344693A - 高分子分散型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラストの増大、ヒステリシスの解消等
の表示特性を向上させた高分子分散型液晶表示装置の製
造方法を提供する。 【解決手段】 対向する１対の基板間に、高分子前駆体
と液晶を混合し該高分子前駆体を重合させて該液晶を液
晶滴として分散させた高分子分散型液晶表示装置の製造
方法であって、少なくとも該高分子前駆体のみを部分的
に重合させる第１重合工程と、該部分的に重合させた高
分子前駆体に液晶を添加して基板上に塗布もしくは１対
の基板間に挿入した後に前記高分子前駆体の重合を行う
第２重合工程を有する高分子分散型液晶表示装置の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子分散型液晶
表示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、偏光板が不要で、液晶と高分子の
屈折率の差を利用した高分子分散型液晶（Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａ
ｌ）の表示素子が開発されている。この高分子分散型液
晶表示素子は液晶と高分子前駆体（例えば紫外線硬化型
のモノマー）とを所定割合にて混合、相溶させて液晶性
を有する溶液を形成する。次に所定間隔に保持した状態
の１対の透明基板間に上記溶液を封入する。この状態
で、該一対の基板の一方または両方から紫外線を照射し
て、高分子前駆体を重合硬化させ、同時に液晶と高分子
とを相分離させる。その結果、高分子中に液晶分子から
なる平均直径約ｌμｍ程度の液晶滴が分散配置された液
晶高分子複合層が形成される。

【０００３】その動作原理は、前記液晶高分子複合層が
例えば電界無印加状態で前記液晶と高分子の屈折率に差
が生じ光散乱状態若しくは低透過状態（自濁状態）を示
す場合、電圧印加により両者に屈折率の差が無くなり光
透過状態若しくは低散乱状態（透明状態）となるもので
ある。この原理を利用すると、偏光板を用いる必要がな
い、明るく視野角の大きい表示が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く高分子分散型液晶を作製する際に行われる光重合時
には未反応のモノマーが残留する場合があり、この場合
には液晶高分子複合層の比抵抗が小さくなり駆動電圧が
増大する、また素子の光散乱状態が低下してコントラス
トが弱くなるなど駆動条件の悪化や表示特性の劣化など
の課題が生じる。

【０００５】また、高分子分散型液晶にいったん電圧印
加を行って駆動させ白濁もしくは透明状態を変化させる
と、該状態変化が更なる電圧印加や除去によっても解消
されない「ヒステリシス」現象がしばしばみられる。そ
の場合は素子全体を加熱し、完全な透明状態にした後に
徐冷する工程が必要になるなど、実際の使用に際して不
便であるという課題があった。

【０００６】そこで本発明の目的は、上記課題を解決す
るため、高分子分散型液晶表示装置の作製において、光
重合工程に改善を施すことによりコントラストの増大、
ヒステリシスの解消等、表示特性を向上させた高分子分
散型液晶表示装置およびその製造方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、高分子分散
型液晶表示装置において、本発明に記載の製造方法で作
製された高分子分散型液晶表示装置は、その液晶からな
る液晶滴の大きさが直径約１５μｍ程度と、従来知られ
ている液晶滴（１〜５μｍ程度）に比較して数倍も大型
に形成されることを見出した。これは該高分子分散型液
晶が光散乱状態にある際、従来より強力に光散乱される
ことを期待させる。

【０００８】即ち、本発明は、対向する１対の基板間
に、高分子前駆体と液晶を混合し該高分子前駆体を重合
させて該液晶を液晶滴として分散させた高分子分散型液
晶表示装置において、該液晶滴の大きさが平均直径５〜
５０μｍの範囲であることを特徴とする高分子分散型液
晶表示装置である。

【０００９】前記液晶滴の大きさが平均直径１５μｍで
あるのが好ましい。

【００１０】また、本発明は、対向する１対の基板間
に、高分子前駆体と液晶を混合し該高分子前駆体を重合
させて該液晶を液晶滴として分散させた高分子分散型液
晶表示装置の製造方法であって、少なくとも該高分子前
駆体のみを部分的に重合させる第１重合工程と、該部分
的に重合させた高分子前駆体に液晶を添加して基板上に
塗布もしくは１対の基板間に挿入した後に前記高分子前
駆体の重合を行う第２重合工程を有することを特徴とす
る高分子分散型液晶表示装置の製造方法である。

【００１１】前記第１重合工程で部分的に重合させた高
分子前駆体の動粘度が、重合前の高分子前駆体の動粘度
の２倍から４倍であるのが好ましい。少なくとも第２重
合工程が前記液晶が液晶状態から等方性液体に変わる相
転移温度よりも高温で行われるのが好ましい。前記第２
重合工程終了後にポストベークを施すのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の特徴とするところは、対
向する１対の基板間に、高分子前駆体と液晶を混合し該
高分子前駆体を重合させて該液晶を液晶滴としてドロッ
プレット状に分散させた高分子分散型液晶表示装置およ
びその製造方法であって、少なくとも、該高分子前駆体
のみを部分的に重合させる第１重合工程と、かかる部分
的に重合させた高分子前駆体に該液晶を加えて所望の基
板上に塗布もしくは１対の基板間に挿入した後に前記高
分子前駆体の重合を更に行う第２重合工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】以下、本発明について図面を用いて更に詳
細に説明する。図１は、本発明の高分子分散型液晶表示
装置の製造方法の一実施態様を示す説明図である。図１
（ａ）で示されたように、まず高分子前駆体１１を光透
過性のバイアル１０等に適量分取する。該高分子前駆体
材料は光もしくは加熱により重合反応を生じる材料を用
いる。例えば、２−エチルヘキシルアクリレート、２−
ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチル
メタクリレート等の単官能モノマー、ヘキサンジオール
ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレ
ート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジト
リメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタイ
ルスリトールヘキサアクリレート等の２官能以上の多官
能モノマー、アジピン酸−プロピレンオキシドアクリレ
ート、トリメリット酸−ジエチレングリコールアクリレ
ートなどのポリエステルアクリレート系プレポリマー、
ビスフェノール−エピクロルヒドリンアクリレートなど
のエポキシアクリレート系プレポリマー、ポリエステル
−トリレンジイソシアネート−ヒドロキシエチルアクリ
レートなどのウレタンアクリレート系プレポリマー、ア
ロニックス系（商品名、東亜合成社）、ＳＡＭ系やＰＮ
系やＭＸＭ系（いずれもメルク社）等の単官能もしくは
多官能オリゴマー、プレポリマーもしくはそれらの混合
物や共重合オリゴマーを用いることも可能である。

【００１４】次に、図１（ａ）のバイアル１０に第１重
合工程として紫外線を照射する。照射量は微弱でよい
が、前記高分子前駆体の動粘度が該第１重合工程前に比
較して２倍から４倍程度に増大する程度が好ましく、例
えば強度２ｍＷ／ｃｍ² 程度以下かつ１分程度以内の紫
外線照射を行う。その際、必要に応じて光重合開始剤を
の最終重量の０．０１〜０．０３部程度加えてもよい。
このようにして前記高分子前駆体を部分的に重合させ
る。もしくは該高分子前駆体を加熱しながら紫外線を照
射してもよい。もしくは加熱のみで重合させてもよい。

【００１５】次に、図１（ｂ）で図１（ａ）の高分子前
駆体に液晶材料を加える。１２は高分子前駆体材料に液
晶材料を混和した試料を示す。該液晶材料は使用環境温
度でコレステリック相、ネマチック相を示すネマチック
液晶やコレステリック液晶あるいはそれらの混合物であ
ればその種類、単体か混合物か等を問わず用いることが
できる。例えばシッフ塩基系、アゾキシ系、アゾ系、シ
アノフェニルエステル系、安息香酸フェニルエステル
系、シクロヘキシル酸フェニルエステル系、ビフェニル
系、ターフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フェ
ニルシクロヘキセン系、フェニルピリジン系、フェニル
ジオキサン系、シクロヘキシルピリミジン系、フェニル
系、トラン系、多環エタン系等の単体もしくは２種以上
の混合系をあげることができる。これら液晶材料を前記
高分子前駆体に適量混和する。混和する際の混合比は、
好ましくは該液晶材料が全体重量の３０％から８０％に
なるように調整する。

【００１６】次に、図１（ｃ）において、透明基板１３
および１４はガラス・石英等の硬質材料の他、ＰＥＴ、
ＰＥＳ、ＰＣ等のようなフレキシブルな材質のものを用
いることも可能である。該基板１３と１４の内側表面に
は予めＩＴＯからなる透明電極（不図示）が蒸着法やス
パッタリング法等により適宜の形状に形成されている。
該電極表面を所定の方向にラビング処理を施して使用し
てもよい。もしくは、該電極表面にポリイミド、ポリア
ミド、ポリビニルアルコール等からなる薄膜（いわゆる
配向膜）を形成したのち、前記ラビング処理を施しても
よい。

【００１７】次に、該基板の一方の基板１３に絶縁性フ
ィルムを置いてスペーサ１５とし、そこに前記で第１重
合工程の部分的に重合させた高分子前駆体と液晶材料と
の混和を終了した試料を塗布する。引き続き、第２重合
工程として紫外線を照射すると、前記高分子前駆体は重
合反応を生じて硬化する。同時に前記液晶は該高分子か
ら相分離し、液晶滴を形成する。該重合反応は前記液晶
が液晶状態から等方性液体に変わる相転移温度よりも高
温で行う。この操作により液晶滴が高分子中に分散した
状態の液晶高分子複合層１６が形成される。その後、透
明基板１４を該液晶高分子複合層１６上に重畳して固定
する。

【００１８】本発明における高分子分散型液晶表示装置
の製造工程を示す他の例を図２に示す。同図において
は、第１重合工程までは前記の図１に示す高分子分散型
液晶表示装置の製造工程を示す例と同様であるが、本例
では図２（ａ）に示すごとく、前記透明基板２０および
２１をスペーサ２２を挟持しながら予め固定しておく。
その上で前記第１重合工程と液晶材料との混和を終了し
た試料を封入し、引き続き図１に示す如く第２重合工程
を施すことで液晶滴が高分子中に分散した状態の液晶高
分子複合層が形成される（２図（ｂ）参照）。

【００１９】本発明における高分子分散型液晶表示装置
の製造工程を示す更に他の例を図３に示す。同図におい
ては、第１重合工程までは前記の図１に示す高分子分散
型液晶表示装置の製造工程を示す例と同様であるが、本
例では図３に示すごとぐ前記透明基板３０および３１の
間隔をスペーサビーズ３２により維持する。即ち前記第
１重合工程と液晶材料との混和を終了した試料をスペー
サビーズ３２が散在してなる前記透明基板３１上に塗布
し、更にもう片方の前記透明基板３０を圧着積層する。
引き続き上記の如く第２重合工程を施すことで液晶滴が
高分子中に分散した状態の液晶高分子複合層３３が形成
される。

【００２０】本発明における高分子分散型液晶表示装置
の製造工程を示す更に他の例を図４に示す。同図におい
ては、第１重合工程までは前記の図１に示す高分子分散
型液晶表示装置の製造工程を示す例と同様であるが、本
例では図４に示すごとく、前記透明基板４０および４１
はＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＣ等のようなフレキシブルな材質
のものを用いる。該基板４０および４１の間隔はスペー
サビーズ４２により維持する。即ち前記第１重合工程と
液晶材料との混和を終了した試料をスペーサビーズが散
在してなる前記透明基板４１上に塗布し、更にもう片方
の前記透明基板４０をラミネート装置４４等により圧着
積層する。引き続き上記の如く第２重合工程を施すこと
で液晶滴が高分子中に分散した状態の液晶高分子複合層
４３が形成される。

【００２１】また、上記の本発明における高分子分散型
液晶表示装置の製造工程のいずれの場合においても、第
２重合工程終了後、適切な温度にて１時間程度液晶表示
装置を保持することで、より一層安定な液晶高分子複合
層が形成される（ポストベーク工程）。

【００２２】

【実施例】以下に実施例をもって本発明を詳細に説明す
るが、これらは本発明の範囲を何ら制限するものではな
い。なお、部は特に説明のない限り重量基準を示す。

【００２３】実施例１ まず図１に示す如く高分子前駆体材料１１として、２−
ヒドロキシメチルメタクリレート６０部、ハイドロキシ
エチルアクリレート３０部、ヘキサンジオールジアクリ
レート８部、トリメチロールプロパントリアクリレート
２部を光透過性バイアルに合計で５０μｌ程度以上にな
るよう分取、混和した（図１ａ）。

【００２４】続いて該バイアル１０を窒素ガスを封入し
て封止し、暗所５０℃にて１時間静置した。該試料の動
粘度を回転粘度計で測定したところ、当初（動粘度：４
２ｍＰａ・ｓ）の値に比較しておよそ３倍（動粘度：１
３０ｍＰａ・ｓ）になっており、重合が生じたことを確
認した（第１重合工程）。

【００２５】次に、ネマチック液晶混合物ＤＦ−０５Ｘ
Ｘ（チッソ社）を前記第１重合工程を経た高分子前駆体
に重量比１：１でバイアル１０中で混和した。その際、
光重合開始剤としてイルガキュア１８４（チバガイギー
社）を０．０３部加えた。

【００２６】次に、厚さ１．ｌｍｍのガラス板の中央に
１０ｍｍ角にＩＴＯが引き出しパターン付きでスパッタ
形成され、かつ反平行方向にラビング処理されている基
板１４の辺縁に厚さ２５μｍのカプトンフィルム（東レ
社）を短冊状に切断して置き、該基板中央には上記で第
１重合過程を終了しネマチック液晶を混和した試料を展
開した。その際該基板１４全体を１２０℃に保持したホ
ットプレート上に置いた。同時に紫外線を１０ｍＷ／ｃ
ｍ² の強度で１０分間照射した（第２重合工程）。引き
続き、１２０℃にて３０分、紫外線照射はせずに静置し
（ポストベーク工程）、液晶高分子複合体１６を形成し
た。

【００２７】次に、前記基板１４と同様の仕様の基板１
３を上記基板１４の上にのせて固定した。この段階で前
記液晶高分子複合体１６を担持した基板（以下、素子）
は光散乱のため白濁している。基板１３、１４を透過偏
光顕微鏡で観察すると直径約１５μｍの球状の液晶滴が
多数観察された。また、該液晶滴内部には液晶が封入さ
れ、それぞれの液晶滴の配向状態が全くランダムになっ
ていることが観察された。

【００２８】次に、前記基板１３および１４の引き出し
ＩＴＯに結線し、５０Ｖの電圧を矩形波で印加した。そ
の際の素子を上記と同様の偏光顕微鏡観察を続けたとこ
ろ、電圧無印加状態では上記の如くそれぞれの液晶滴の
配向状態が全くランダムになっていたものが、電圧印加
状態ではすべての液晶滴内部が完全に透明化し従って素
子のうちＩＴＯが形成されている部分全体も透明とな
り、光散乱状態との光透過率差は最大８０％程度以上と
なった。これは液晶滴内部の液晶分子のダイレクターが
電圧印加方向に揃ったために光が透過するようになった
ためと思われる。

【００２９】そのスイッチ速度は１０ｍｓオーダーであ
り、標準的なネマチック液晶と同等であった。また、電
圧印加、除去に伴う透過率変化は緩和過程などが見られ
ず駆動波形によく追従した変化を示した。また、電圧印
加、除去の操作を繰り返しても透明状態もしくは散乱状
態が戻らなくなる「ヒステリシス」現象は一切観察され
なかった。

【００３０】実施例２ 本実施例では実施例１と同様の高分子前駆体材料を用意
し分取、混和した。その際、光重合開始剤としてイルガ
キュア１８４（チバガイギー社）を０．０３部加えた。
続いて該バイアル１０に紫外線を２ｍＷ／ｃｍ² の強度
で１分間照射した。該試料の動粘度を回転粘度計で測定
したところ（密度は既知）、当初の値に比較して３倍に
なっており、重合が生じたことを確認した（第１重合工
程）。次に実施例１に記載の処方でネマチック液晶混合
物を混和し、同じく実施例１と同仕様の基板１４上に展
開した。続いて実施例１に記載の条件で紫外線を照射し
た（第２重合工程）。引き続き、実施例１に記載の方法
でポストベーク工程を施しもう一方の基板を載せて固定
した。その結果、顕微鏡観察、電圧印加駆動とも実施例
１と同様の結果を得ることができた。

【００３１】実施例３ 本実施例では高分子前駆体材料としてＳＡＭｌｌ４（メ
ルク社）を用意し、バイアル１０に適量分取した。実施
例１に記載の方法で加熱を行い、実施例１と同様の効果
を得た（第１重合工程）。次に実施例１に記載の処方で
ネマチック液晶混合物を混和し、同じく実施例１と同仕
様の基板１４上に展開した。続いて実施例１に記載の条
件で紫外線を照射した（第２重合工程）。引き続き、実
施例１に記載の方法でポストベーク工程を施しもう一方
の基板を載せて固定した。その結果、顕微鏡観察、電圧
印加駆動とも実施例１と同様の結果を得ることができ
た。

【００３２】実施例４ 本実施例では実施例３と同様の高分子前駆体材料を用意
し分取、混和した。次に実施例２に記載の方法で紫外線
照射を行い、実施例２と同様の効果を得た（第１重合工
程）。次に実施例１に記載の処方でネマチック液晶混合
物を混和し、同じく実施例１と同仕様の基板１４上に展
開した。続いて実施例１に記載の条件で紫外線を照射し
た（第２重合工程）。引き続き、実施例１に記載の方法
でポストベーク工程を施しもう一方の基板を載せて固定
した。その結果、顕微鏡観察、電圧印加駆動とも実施例
１と同様の結果を得ることができた。

【００３３】実施例５ 本実施例では実施例１と同様の高分子前駆体材料を用意
し分取、混和した。実施例１に記載の方法で加熱を行
い、実施例１と同様の効果を得た（第１重合工程）。次
に実施例１に記載の処方でネマチック液晶混合物を混和
した。

【００３４】次に、本実施例では図２（ａ）に示すごと
く、実施例１で使用した基板と同仕様の基板２０および
２１の辺縁にスペーサ２２として厚さ２５μｍのカプト
ンフィルム（東レ社）を短冊状に切断して置き、該スペ
ーサ２２を挟持しながら予め固定した（図２（ａ））。
その上で前記第１重合工程と液晶材料の混和を終了した
試料を封入し、引き続き上記の如く第２重合工程を施す
ことで液晶滴が高分子中に分散した状態の液晶高分子複
合層２３が形成された（図２（ｂ））。続いて実施例１
に記載の条件で紫外線を照射した（第２重合工程）。引
き続き、実施例１に記載の方法でポストベーク工程を施
した。その結果、顕微鏡観察、電圧印加駆動とも実施例
１と同様の結果を得ることができた。

【００３５】実施例６ 本実施例では実施例１と同様の高分子前駆体材料を用意
し分取、混和した。実施例１に記載の方法で加熱を行
い、実施例１と同様の効果を得た（第１重合工程）。次
に実施例１に記載の処方でネマチック液晶混合物を混和
した。次に本実施例では図３に示すごとく、実施例１で
使用した基板と同仕様の基板３０および３１の間隔をス
ペーサビーズ３２（直径２０μｍ、積水ファインケミカ
ル社）により維持した。即ち前記第１重合工程と液晶材
料との混和を終了した試料を該スペーサビーズ３２が散
在してなる前記透明基板３１上に塗布し、更にもう片方
の前記透明基板３０を圧着積層した。続いて実施例１に
記載の条件で紫外線を照射した（第２重合工程）。引き
続き、実施例１に記載の方法でポストベーク工程を施し
た。その結果、顕微鏡観察、電圧印加駆動とも実施例１
と同様の結果を得ることができた。

【００３６】実施例７ 本実施例では実施例１と同様の高分子前駆体材料を用意
し分取、混和した。実施例１に記載の方法で加熱を行
い、実施例１と同様の効果を得た（第１重合工程）。次
に実施例１に記載の処方でネマチック液晶混合物を混和
した。

【００３７】次に本実施例では図４に示すごとく、ＰＥ
Ｓフィルム上にＩＴＯが形成されて成るフレキシブル基
板４０および４１の間隔をスペーサビーズ４２（直径２
０μｍ、積水ファインケミカル社）により維持した。即
ち前記第１重合工程と液晶材料との混和を終了した試料
を該スペーサビーズ４２が散在してなる前記フレキシブ
ル基板４１上に塗布し、更にもう片方の前記透明基板４
０を圧着積層した。続いて実施例１に記載の条件で紫外
線を照射した（第２重合工程）。引き続き、実施例１に
記載の方法でポストベーク工程を施した。その結果、顕
微鏡観察、電圧印加駆動とも実施例１と同様の結果を得
ることができた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の高分子分散
型液晶表示装置は、特別な装置等を要さない簡易な工程
で作製でき、その液晶滴の平均直径が約１５μｍ程度
と、従来知られている液晶滴に比較して数倍以上も大型
である。従って該高分子分散型液晶表示装置はその駆動
において、従来の平均的な高分子分散型液晶表示装置に
比較してより大きな透過率差を得ることができた。ま
た、従来の高分子分散型液晶表示装置にしばしば見られ
るヒステリシスが全く見られない、光散乱状態と光透過
状態のスイッチ速度がネマチック液晶と同等程度を確保
できること等、実用に際しての課題を解決しうるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高分子分散型液晶表示装置の製造方法
の一実施態様を示す説明図である。

【図２】本発明の高分子分散型液晶表示装置の製造方法
の他の実施態様を示す説明図である。

【図３】本発明の高分子分散型液晶表示装置の製造方法
の他の実施態様を示す説明図である。

【図４】本発明の高分子分散型液晶表示装置の製造方法
の他の実施態様を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ バイアル １１ 高分子前駆体 １２ 高分子前駆体材料に液晶材料を混和した試料 １３、１４、２０、２１、３０、３１、４０、４１ 透
明基板 １５、２２ スペーサ ３２、４２ スペーサビーズ １６、２３、３３、４３ 液晶高分子複合層 ４４ ラミネート装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する１対の基板間に、高分子前駆体
   と液晶を混合し該高分子前駆体を重合させて該液晶を液
   晶滴として分散させた高分子分散型液晶表示装置におい
   て、該液晶滴の大きさが平均直径５〜５０μｍの範囲で
   あることを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶滴の大きさが平均直径１５μｍ
   である請求項１記載の高分子分散型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 対向する１対の基板間に、高分子前駆体
   と液晶を混合し該高分子前駆体を重合させて該液晶を液
   晶滴として分散させた高分子分散型液晶表示装置の製造
   方法であって、少なくとも該高分子前駆体のみを部分的
   に重合させる第１重合工程と、該部分的に重合させた高
   分子前駆体に液晶を添加して基板上に塗布もしくは１対
   の基板間に挿入した後に前記高分子前駆体の重合を行う
   第２重合工程を有することを特徴とする高分子分散型液
   晶表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１重合工程で部分的に重合させた
   高分子前駆体の動粘度が、重合前の高分子前駆体の動粘
   度の２倍から４倍である請求項３記載の高分子分散型液
   晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 少なくとも第２重合工程が前記液晶が液
   晶状態から等方性液体に変わる相転移温度よりも高温で
   行われる請求項３記載の高分子分散型液晶表示装置の製
   造方法。
6. 【請求項６】 前記第２重合工程終了後にポストベーク
   を施す請求項３記載の高分子分散型液晶表示装置の製造
   方法。